Elektrolytkondensatoren Windturbinen ohne Getriebe

Bei Windturbinen verachtfacht sich bei doppelter Leistung das Drehmoment, was das Getriebe stark belastet. Die Antwort darauf sind getriebelose Vollumrichter-Windturbinen. Diese benötigen aber sehr hohe Zwischenkreiskapazitäten, die zudem noch sehr robust sein müssen.

Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer aller Bauelemente spielen insbesondere bei den vermehrt in Betrieb gehenden Offshore-Windparks eine wichtige Rolle (Bild 1).

Denn über die letzten Jahrzehnte hat sich vor allem dort das Drehmoment im Getriebe vervielfacht, sodass bei der neuesten Generation getriebelose Systeme zum Einsatz kommen (Bild 2). Durch den Wegfall des Getriebes, das mechanischem Verschleiß unterliegt, arbeiten diese zwar zuverlässiger als Systeme mit Getriebe (Bild 2), erfordern jedoch ein Vollumrichter-Konzept. Dabei kommen Synchrongeneratoren mit Nenn-Wechselspannungen von 690 V (ca. 1200 V nach sechs- oder zwölffacher Brückengleichrichtung) zum Einsatz, die weitaus strengere Vorschriften für Stromnetze erfüllen müssen. Dazu gehören etwa die Netzstützung bei Spannungseinbruch (Low Voltage Ride Through, LVRT) und der »Fault Ride Through« (FRT).

Weitere wichtige Designfaktoren bestimmen die Netzanbindungsvorschriften. Die Anbindung an das Stromnetz muss in Bezug auf die Blindanteile »sauber« sein. Darüber hinaus muss die Windkraftanlage am Netz bleiben oder Fehler kompensieren können, auch wenn ein Systemausfall auftritt (Bild 3). Damit soll eine Beeinträchtigung der Netzstabilität vermieden werden, die zu ernsthaften Störungen oder Unterbrechungen in der Energieversorgung führen könnte.

Von Windgeneratoren wird insbesondere gefordert, dass sie uneingeschränkt in Betrieb bleiben. Dies gilt ungeachtet dessen, ob die Spannung im Netz aufgrund einer Störung oder eines Lastwechsels zeitweise einbricht. So kann die Spannung in einer, zwei oder allen drei Phasen des AC-Netzes abfallen. Die Auswirkungen des Spannungsabfalls sind vom Spannungspegel der in diesem Zustand vorliegt und der bis auf 0 V absinken kann sowie von der Dauer des Fehlermoments abhängig. Je nach Anwendung muss sich das System vorübergehend vom Netz trennen können, sich nach dem Fehler wieder aufschalten und den Betrieb fortsetzen. Oder es darf sich nicht vom Netz trennen und muss betriebsfähig bleiben – oder aber, es muss angeschlossen bleiben und das Netz mit Blindleistung unterstützen.